數(shù)字化顱底外科的可行性研究.pdf

1、第一部分?jǐn)?shù)字化顱底外科模式與傳統(tǒng)顱底外科模式的對(duì)比性研究
　　 背景：顱底解剖結(jié)構(gòu)密集而復(fù)雜,病變的手術(shù)治療涉及多學(xué)科的知識(shí)和技能,對(duì)醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)專業(yè)的知識(shí),尤其是局部解剖知識(shí)要求較高。自上世紀(jì)80年代以來,顱底外科備受關(guān)注,逐步發(fā)展、分化成為多學(xué)科知識(shí)、技能的邊緣交叉學(xué)科。經(jīng)典的顱底外科研究是建立在群體局部解剖學(xué)基礎(chǔ)上的,利用群體局部解剖學(xué)獲得一些顱底結(jié)構(gòu)的重要參數(shù),用于在手術(shù)中估計(jì)患者的局部解剖概況。由于這種基于群體

2、標(biāo)本獲取的數(shù)據(jù)缺乏個(gè)體化的針對(duì)性,用于推算患者個(gè)體解剖學(xué)特征,不可避免地存在著一定的誤差。另外,由于操作者、研究條件的不統(tǒng)一性,加之抽樣誤差的因?yàn)?即使對(duì)同樣結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量,各家報(bào)道數(shù)據(jù)結(jié)果也有一定的差異。
　　 數(shù)字化影像學(xué)技術(shù)可以提供個(gè)體的解剖學(xué)信息,但是,它的準(zhǔn)確性受影像質(zhì)量的影響。尤其MRI影像,由于受磁場(chǎng)的不穩(wěn)定及氣.水、氣.脂偽影的影響,圖像易產(chǎn)生扭曲變形從而影響影像學(xué)信息的準(zhǔn)確性。CT通過X線直接獲取信息,圖像不會(huì)發(fā)

3、生扭曲變形,因此,有較高的準(zhǔn)確性,但是,層厚也會(huì)影響到影像學(xué)信息的準(zhǔn)確性?；诋?dāng)前先進(jìn)的影像學(xué)技術(shù),CT影像提供的解剖學(xué)信息和個(gè)體實(shí)際解剖學(xué)信息的差別有必要進(jìn)行對(duì)比研究。
　　 神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)通過采集患者個(gè)體的神經(jīng)影像學(xué)信息,完全個(gè)體化地將患者重要的解剖結(jié)構(gòu)及病變進(jìn)行標(biāo)記并實(shí)施三維重建,從而更確切地提供患者的個(gè)體解剖特征。另外,在手術(shù)早期,神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)采用虛擬成像原理,可為醫(yī)生提供經(jīng)典顱底外科手術(shù)中無法看到的深部顱內(nèi)重要結(jié)構(gòu)和解剖

4、信息,并且實(shí)時(shí)引導(dǎo)手術(shù)醫(yī)師精確定位術(shù)中的重要結(jié)構(gòu)及病變,最大限度地彌補(bǔ)操作醫(yī)生手術(shù)經(jīng)驗(yàn)和局部解剖學(xué)知識(shí)的欠缺。神經(jīng)導(dǎo)航虛擬成像功能還可以同手術(shù)顯微鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)耦合,形成一個(gè)“透視模式”的虛擬術(shù)野,有助于醫(yī)生了解某些隱藏在實(shí)際術(shù)野深層的重要結(jié)構(gòu),可大幅度降低手術(shù)難度級(jí)別,提高手術(shù)的安全性。
　　 顱底外科手術(shù)最能充分體現(xiàn)神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值。因?yàn)樵诙鄶?shù)神經(jīng)外科手術(shù)中,顱內(nèi)結(jié)構(gòu)由于受手術(shù)操作的多種因素影響,產(chǎn)生不同程度移位,使術(shù)前獲

5、取的影像學(xué)信息對(duì)手術(shù)的指導(dǎo)作用大打折扣,影響神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)的精確性。而顱底手術(shù)可利用顱底固定的骨性結(jié)構(gòu)作為定位標(biāo)志,這些標(biāo)志在手術(shù)過程中不會(huì)因操作移位而影響神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)的精確性。
　　 目的：
　　 本課題旨在通過對(duì)比獲取個(gè)體解剖信息的兩種模式,即數(shù)字化模式和局部解剖學(xué)模式,研究哪種模式式對(duì)個(gè)體解剖特點(diǎn)估計(jì)得更精確,進(jìn)而定量評(píng)價(jià)顱底外科手術(shù)擺脫傳統(tǒng)的局部解剖學(xué)研究模式最終進(jìn)入數(shù)字化應(yīng)用模式的可行性和前景,從理念上促進(jìn)顱底外

6、科模式的根本變革。
　　 方法
　　 1顱底標(biāo)本制作20％福爾馬林溶液浸泡過的成人尸頭25個(gè),去除顱蓋骨和腦組織,充分暴露顱底結(jié)構(gòu)。采用乙狀竇前入路將上半規(guī)管、外半規(guī)管及后半規(guī)管輪廓化,測(cè)量以下結(jié)構(gòu)間的距離:外半規(guī)管外側(cè)緣中點(diǎn).卵圓孔內(nèi)側(cè)端、上半規(guī)管上緣中點(diǎn)-棘孔外側(cè)端、后半規(guī)管外側(cè)緣中點(diǎn).舌下神經(jīng)管上緣中點(diǎn)、上半規(guī)管上緣中點(diǎn)-內(nèi)耳門外側(cè)緣中點(diǎn)。
　　 2影像資料的獲得尸頭經(jīng)CT掃描,資料經(jīng)光盤導(dǎo)入BrainLA

7、B VectorVision2神經(jīng)導(dǎo)航工作站三維重建,在三維圖像上測(cè)量所選結(jié)構(gòu)間的距離。
　　 3神經(jīng)導(dǎo)航測(cè)量影像資料經(jīng)ZIP盤導(dǎo)入BrainLAB VectorVision2術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng)并三維重建,采用Z-touch激光面部掃描注冊(cè),注冊(cè)完成后測(cè)量所選結(jié)構(gòu)間的距離并測(cè)量靶點(diǎn)定位誤差。
　　 4變異系數(shù)的測(cè)量?jī)蓚€(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)者對(duì)同一個(gè)尸頭上的兩側(cè)卵圓孔內(nèi)側(cè)端之間的距離分別進(jìn)解剖學(xué)、影像學(xué)和神經(jīng)導(dǎo)航測(cè)量,比較三種測(cè)量方式的變

8、異系數(shù)。
　　 5靶定位誤差的測(cè)量在神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)的引導(dǎo)下,在術(shù)中定位內(nèi)耳門、棘孔和外半規(guī)管的位置,影像引導(dǎo)外科系統(tǒng)所確定的位置與實(shí)際位置的偏差即為的靶定位誤差。
　　 6數(shù)據(jù)處理所有數(shù)據(jù)采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件處理,數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布的比較采用配對(duì)t檢驗(yàn),非正態(tài)分布分?jǐn)?shù)據(jù)比較采用非參數(shù)檢驗(yàn)。P<0.05被認(rèn)為差別具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
　　 結(jié)果：
　　 1測(cè)量結(jié)果解剖學(xué)、影像學(xué)及影像引導(dǎo)外科測(cè)量的結(jié)果分別為

9、:外半規(guī)管-卵圓孔:37.74±2.42mm,37.46±2.54mm,37.95±3.50mm；上半規(guī)管-棘孔:28.00±2.24mm,27.81±2.13mm,27.68±2.85mm；后半規(guī)管-舌下神經(jīng)管:34.28±3.50mm,34.50±3.39mm,34.75±3.46mm:上半規(guī)管-內(nèi)耳門:13.87±1.61mm,13.75±1.37mm,14.05±1.82mm。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析顯示,所有的P值均大于0.05,三種測(cè)量方

10、式之間沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差別。
　　 2靶定位誤差 Z-touch激光掃描注冊(cè),靶點(diǎn)的平均定位誤差為2.09±0.65mm。
　　 3三種測(cè)量方式的變異系數(shù)解剖學(xué)測(cè)量、影像學(xué)測(cè)量、神經(jīng)導(dǎo)航測(cè)量的變異系數(shù),在實(shí)驗(yàn)者1,分別為0.40％、0.39％、0.40％；在實(shí)驗(yàn)者2,分別為0.69％、0.47％、0.68％。
　　 結(jié)論：
　　 1與基于群體解剖的傳統(tǒng)顱底外科模式相比,基于影像學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的CT和神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)

11、能提供更精確的個(gè)體解剖學(xué)信息。
　　 2與傳統(tǒng)的人工操作方式相比,基于CT和計(jì)算機(jī)技術(shù)的自動(dòng)化、數(shù)字化測(cè)量模式具有更高的穩(wěn)定性和靈活性。
　　 3數(shù)字化顱底外科模式必將取代傳統(tǒng)的基于局部解剖學(xué)的顱底外科模式而得到廣泛應(yīng)用。
　　 第二部分 Z-touch激光注冊(cè)與面部粘附標(biāo)志物注冊(cè)的對(duì)比性研究
　　 背景
　　 神經(jīng)導(dǎo)航已經(jīng)日益在神經(jīng)外科中被廣泛應(yīng)用,它通過注冊(cè)完成患者影像和其解剖結(jié)構(gòu)的配對(duì),在影

12、像坐標(biāo)系和手術(shù)坐標(biāo)系之間建立一種關(guān)聯(lián),即建立兩個(gè)坐標(biāo)系之間的三維坐標(biāo)換算關(guān)系。注冊(cè)完成后,神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)可以通過超聲或紅外線等介質(zhì)監(jiān)測(cè)手術(shù)器械在手術(shù)空間內(nèi)的位置,從而引導(dǎo)術(shù)者準(zhǔn)確定位病變,避免對(duì)正常組織的誤傷,降低手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)。
　　 注冊(cè)是應(yīng)用神經(jīng)導(dǎo)航的一個(gè)關(guān)鍵步驟。最常用的標(biāo)志物注冊(cè)因其具有較高的注冊(cè)精度和靶定位精度而在臨床上被廣泛應(yīng)用。但是,骨植入標(biāo)志物注冊(cè)需在病人顱骨內(nèi)植入鈦釘,直到手術(shù)結(jié)束才能取出,給病人帶來很大痛苦。面部

13、粘附標(biāo)志物注冊(cè)需術(shù)前在病人頭面部粘貼可以被CT/MRI識(shí)別的標(biāo)志物,但皮膚的移位和腫脹會(huì)降低注冊(cè)的精度,偶爾的標(biāo)志物脫落會(huì)延長(zhǎng)手術(shù)的時(shí)間。而非標(biāo)志物的解剖標(biāo)志注冊(cè)盡管很容易被執(zhí)行,但因其難以實(shí)現(xiàn)對(duì)解剖標(biāo)志在影像學(xué)上的精確定位而導(dǎo)致注冊(cè)精度和靶定位精度的嚴(yán)重下降。
　　 BrainLAB VectorVision2神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)提供了一種稱為Z-touch的非標(biāo)志物、非接觸性的注冊(cè)方式。它使用紅外激光掃描病人的額部、眼眶及鼻根來獲取

14、病人的面部信息,反射的紅外線被紅外相機(jī)接受識(shí)別后轉(zhuǎn)化為數(shù)字化信息,神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)通過分析這些數(shù)字化信息在現(xiàn)實(shí)空間和影像空間之間建立一種聯(lián)系來完成注冊(cè)。Z-touch注冊(cè)不需要任何標(biāo)志物,作為一種非接觸性注冊(cè),可以很容易地實(shí)現(xiàn)術(shù)中的再注冊(cè)而無需一些特殊的設(shè)備。目前對(duì)Z-touch激光注冊(cè)的研究多集中在其注冊(cè)精度上和靶定位精度上,還很少有人對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的研究給予綜合的評(píng)價(jià)。
　　 目的：
　　 通過對(duì)比Z-touch激光和面部

15、皮膚粘附標(biāo)志物兩種注冊(cè)方式的注冊(cè)耗時(shí)、注冊(cè)精度及靶定位精度,對(duì)Z-touch激光注冊(cè)給予綜合的評(píng)價(jià),同時(shí)對(duì)影響靶定位精度的因素做初步的探討。
　　 方法
　　 1影像資料的獲取16個(gè)結(jié)構(gòu)完整的尸頭被選擇作為研究對(duì)象,6個(gè)皮膚粘附標(biāo)志物被分散地、非對(duì)稱性地粘貼在頭面部皮膚上。尸頭進(jìn)行薄層CT掃描,資料寫入光盤。
　　 2影像資料術(shù)前處理影像資料通過光盤導(dǎo)入BrainLAB VectorVision2神經(jīng)導(dǎo)航術(shù)前計(jì)劃

16、工作站,重建尸頭三維影像,并定位注冊(cè)標(biāo)記物:在三維影像上以一定順序確認(rèn)標(biāo)志物,按順序用鼠標(biāo)逐個(gè)點(diǎn)擊標(biāo)志物中心,力求點(diǎn)擊位置的準(zhǔn)確,以保證注冊(cè)時(shí)獲得更高的精度,完成后資料導(dǎo)入ZIP盤。
　　 3皮膚粘附標(biāo)志物注冊(cè) ZIP盤內(nèi)的影像信息導(dǎo)入BrainLAB VectorVision2術(shù)中神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)。尸頭和頭架適配器被牢固地固定在Mayfield頭架上,皮膚粘附標(biāo)記物注冊(cè)被執(zhí)行,記錄注冊(cè)耗費(fèi)時(shí)間、注冊(cè)精度和靶定位誤差。